Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Kompozytowy materiał stykowy na bazie srebra z dodatkiem azotku chromu przeznaczony na styki elektryczne

Kołacz D., Czepelak M., Rudnicki K., Wrona A., Księżarek S., Kamińska M., Staszewski M., Bilewska K.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2015

|

R. 60, nr 8

361--368

PL

W artykule przedstawiono badania elektroerozyjne dwóch kompozytów Ag(Cr2N)10 i AgNi10 na przykładzie nakładek stykowych wykonanych klasyczną metodą metalurgii proszków na drodze prasowania i spiekania. Wykonano pomiary ubytku masy oraz rezystancji zestykowej każdego z kompozytów na poszczególnych etapach ich pracy po 10 000, 20 000, 30 000, 40 000 i 50 000 łączeń. Przedstawiono także właściwości kompozytowych materiałów stykowych po procesie prasowania, spiekania i dogęszczania.

EN

The paper presents the electroerosion tests of composites of Ag(Cr2N)10 and AgNi10. The investigated samples were made based on classical powder metallurgy by pressing and sintering processes. The research included measurements of weight loss and contact resistance of each of composites selected moments after 10 000, 20 000, 30 000, 40 000 and 50 000 switching cycles. The paper describes properties of the composites after pressing, sintering and re-pressing process as well.

2

Struktura powłok CrN wytworzonych metodą katodowego odparowania łukowego w układzie stacjonarnym

Warcholiński B., Gilewicz A., Łupicka O., Kolodiy I. V., Kuprin A. S.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

296--300

PL

Powłoki ochronne na narzędziach i częściach maszyn to skuteczny sposób na poprawę ich trwałości. Ze względu na dobrą odporność na utlenianie i zużycie powłoki azotku chromu są powszechnie stosowane w przemyśle. Prowadzone są prace zmierzające do dalszej poprawy właściwości powłok oraz rozszerzenia zakresu zastosowań. Celem pracy było zbadanie wpływu ciśnienia azotu pN2 i natężenia polaryzacji podłoża UB na szybkość nanoszenia, chropowatość i strukturę powłok Cr–N otrzymanych na podłożach ze stali HS6-5-2 o średnicy 32 mm. Podłoża umieszczono równolegle do katody, a powłoki formowano na ich stronie przedniej i tylnej. Stwierdzono, że grubość powłok uzyskanych na przedniej stronie podłoża jest w przybliżeniu jednakowa niezależnie od pN2 i UB. W przypadku powłok formowanych na odwrotnej stronie podłoża ze wzrostem pN2 grubość powłoki rośnie, a ze wzrostem UB nie wykazuje monotonicznego charakteru zmian. Badania struktury krystalicznej powłok prowadzono na urządzeniu DRON 4. Stwierdzono, że ze wzrostem ciśnienia azotu następuje zmiana struktury fazowej zależna od strony podłoża, na której formowana jest powłoka. Na przedniej stronie podłoża można zaobserwować przemianę Cr2N → CrN, natomiast na tylnej Cr + Cr2N → Cr2N + CrN → CrN. Wzrost napięcia polaryzacji podłoża powoduje zmianę uprzywilejowanej orientacji płaszczyzn, a także w wyniku rozpylania wstecznego przemianę fazową CrN → Cr2N + CrN. Powłoki są silnie steksturowane, współczynnik tekstury zależy od warunków formowania powłoki, to jest ciśnienia azotu i napięcia polaryzacji podłoża.

EN

Protective coatings on tools and machine parts is an effective way to improve their durability. Due to good resistance to oxidation and wear chromium nitride coatings are widely used in industry. The works aimed at further improving the properties of the coatings and to extend its applications are carried out. The goal of this study was to investigate the effect of nitrogen pressure pN2 and substrate bias voltage UB on the deposition rate, roughness and structure of Cr–N coatings formed on HS6-5-2 steel substrates with a diameter of 32 mm. Substrates were placed parallel to the cathode, and a coating was formed on their front and reverse sides. It was found that coating thicknesses obtained on the front side of the substrate are approximately the same regardless of pN2 and UB. In the case of coatings formed on the reverse side of the substrate with increasing of pN2 the coating thickness increases, and the increase of UB does not show the monotone character changes of the coating thickness. The studies of the crystal structure of the coatings was performed on a DRON 4 device. It was found that with increasing nitrogen pressure the change of phase composition depends on the substrate side on which the coating is formed. On the front side of the substrate can be observed conversion of Cr2N → CrN, while on the reverse side: Cr + Cr2N → Cr2N + CrN → CrN. Increase in substrate bias voltage changes the preferred orientation of the planes, and as a result of resputtering the phase change CrN → Cr2N + CrN. The coatings are highly textured, the texture coefficient depends on the conditions of formation of the coating, i.e. nitrogen pressure and substrate bias voltage.

3

Mikrostruktura i właściwości dyfuzyjnych warstw na bazie chromu na stopie magnezu AZ91D

Pokorska I., Tacikowski M., Moskalow M., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 6

540--543

PL

Stopy magnezu ze względu na małą gęstość i inne unikatowe właściwości cieszą się rosnącym zainteresowaniem w różnych dziedzinach współczesnej techniki. Barierą dla ich wykorzystania w różnych potencjalnych zastosowaniach są jednak słabe właściwości powierzchniowe magnezu takie jak niska twardość, odporność na zużycie przez tarcie, a zwłaszcza odporność na korozję. Stąd potrzeba poszukiwania odpowiednich rozwiązań inżynierii powierzchni. Jednym z perspektywicznych rozwiązań jest wytwarzanie na stopach magnezu dyfuzyjnych warstw azotków. Przedmiotem badań były warstwy na bazie chromu wytworzone na stopie typu AZ19D metodą hybrydową łączącą wytworzenie na stopie powłoki chromu z późniejszą jej obróbką cieplną. Otrzymane warstwy badano pod kątem mikrostruktury i właściwości w aspekcie przyczepności w próbie zarysowania, twardości Martensa, modułu sprężystości oraz odporności korozyjnej. Celem tych badań było w szczególności ujawnienie wpływu stref dyfuzyjnych pomiędzy warstwą a stopem AZ91D na końcowy efekt zmiany właściwości powierzchniowych stopu. W efekcie przeprowadzonych badań potwierdzono tworzenie się w wyniku obróbki cieplnej strefy dyfuzyjnej typu Al-Cr bogatej w aluminium, łączącej powłokę chromu z podłożem. Wykazano jej korzystny wpływ na odporność korozyjną i przyczepność warstw. Stwierdzono, że najlepsze efekty poprawy właściwości powierzchniowych uzyskuje się w wariancie obróbki hybrydowej wykorzystującej proces azotowania, w której na końcową zmianę właściwości składają się efekty działania strefy dyfuzyjnej wzmocnione zmianą właściwości powłoki chromu wywołaną jej naazotowaniem.

EN

Due to their low density and other unique properties, magnesium alloys meet with growing interest in various areas of technology. Their broad application, however, is hindered by their poor surface properties including low hardness, low frictional wear resistance, and, in particular, low corrosion resistance, creating a need for respective surface engineering solutions. A promising solution is to form diffusive nitride coatings on magnesium alloys. A chrome-based layer was produced on AZ19D alloy using a hybrid method which combined chromium coating deposition with subsequent heat treatment. The microstructure and properties of the layers were investigated in terms of scratch adhesion test, Martens hardness, elasticity and corrosion resistance. The purpose of the tests was in particular to investigate how diffusive zones between the layer and the AZ91D alloy would affect the resulting surface properties of the alloy. The tests confirmed the presence of an Al-Cr diffusive zone, formed as a result of heat treatment, which was rich in aluminium and bonded the chromium layer to the substrate. It was shown that it had a beneficial effect on corrosion resistance and layer adhesion. The most significant improvements of surface properties were achieved by applying an option of hybrid treatment which included nitriding. The effects of the diffusive zone were enhanced by a change in the properties of the chromium layer achieved by nitriding.

4

The lean duplex stainless steel welded joint after isothermal aging heat treatment

Brytan Z., Niagaj J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2013

|

Vol. 60, nr 1

24--31

EN

Purpose: The purpose of this paper is the microstructural evaluation of the lean duplex stainless steel UNS S32101 (EN 1.4162) welded joints after isothermal aging heat treatment at 650°C. The scanning electron microscopy (SEM) and electron backscatter diffraction (EBSD) was applied in the microstructural analysis. Design/methodology/approach: The welding joints were produced using the metal active gas (MAG) method where the filler metal was in wire form grade Avesta LDX 2101. During the process a shielding gas mixture of Ar + 2.5% CO2 was applied and as a forming gas pure technical argon was used. Findings: The welded joint in the as-welded condition shows Cr2N nitride precipitation in the HAZ, while isothermal aging at 650°C for 15 min causes further precipitation of nitrides, both in the parent metal, as well as in the HAZ and the weld area. Increasing the aging time at this temperature to 90 min causes the formation of numerous nitrides at the grain boundaries of austenite and ferrite and nitride precipitation inside ferritic grains in each zone of the welded joint. Research limitations/implications: The electron backscatter diffraction of particular zones of the welded joints considered only austenite and ferrite and their character was evaluated, while small precipitates like chromium nitrides were omitted in this study and will be evaluated in the further work. Originality/value: Sometimes the production cycle involves the heat treatment of welded components made of lean duplex stainless steel. In such situations the additional heating of the welds and heat affected zone can produce carbides, nitrides or sigma phase precipitation - the extent of which depends on the temperature and time of heat treatment. These issues are widely reported in relation to the base material but not when considering welded joints, which may behave differently.

5

Mikrostruktura warstwy azotowanej jarzeniowo na stopie Inconel 600

Borowski T., Płociński T., Kurzydłowski K. J., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

348-351

PL

Stopy niklu typu Inconel 600 stosowane obecnie w przemyśle lotniczym, chemicznym i energetycznym charakteryzują się dobrą plastycznością oraz odpornością na utlenianie w wysokiej temperaturze. Jednakże stopy te wykazują małą odporność na zużycie przez tarcie, co można eliminować przez zastosowanie obróbek powierzchniowych. Proces azotowania jarzeniowego umożliwia wytworzenie warstw dyfuzyjnych gwarantujących kilkakrotny wzrost twardości, a także poprawę odporności korozyjnej. Wytworzone warstwy charakteryzują się złożoną budową i wymagają szczegółowej analizy mikrostruktury, co stanowi przedmiot pracy. W artykule omówiono wyniki badań mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego warstw wytworzonych w procesie azotowania jarzeniowego na stopie Inconel 600. Proces ten umożliwia wytworzenie dyfuzyjnych warstw austenitu azotowego z wydzieleniami azotku chromu (CrN) i tworzącymi się na powierzchni austenitu azotowego azotkami typu (Cr, Fe, Ni)N, które zapewniają dobrą odporność korozyjną i odporność na zużycie przez tarcie.

EN

Nickel alloys of Inconel 600 type that are currently applied in aircraft, chemical and power industries are characterized by good plasticity and oxidation resistance at high temperature. However, these alloys have low frictional wear resistance which may be eliminated by the application of surface treatment processes. Glow discharge assisted nitriding enables to produce diffusive layers that guarantee several times increase of hardness and improvement of corrosion resistance. The layers produced with the use of this method are characterized by complex structure and thus their microstructure needs to be analysed in detail which was taken up in this study. The paper describes the results of the examinations of microstructure, chemical and phase composition of layers produced on Inconel 600 alloy in the process of glow discharge assisted nitriding. This process enables to produce diffusive layers of nitrogen austenite with chromium nitride (CrN) precipitates and nitrides of (Cr, Fe, Ni)N type created on the surface of nitrogen austenite. These nitrides ensure good corrosion resistance and frictional wear resistance.

6

Kształtowanie właściwości mechanicznych stopu niklu Inconel 625 w procesie azotowania jarzeniowego

Rudnicki J., Borowski T., Garbacz H., Wierzchoń T.

Tribologia

|

2009

|

nr 3

209-218

PL

Stopy niklu typu Inconel stosowane w przemysłach: lotniczym, chemicznym, energetycznym, (zawierające powyżej 15% wag. chromu) charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi, plastycznością, dobrą odpornością korozyjną. Wykazują jednak niską odporność na zużycie przez tarcie, co można wyeliminować poprzez zastosowanie obróbek powierzchniowych. W artykule omówiono strukturę i właściwości warstw azotowanych wytworzonych na stopie Inconel 625 (20% wag. Cr, 10% wag. Mo, 5% wag. Fe, 1% wag. Co, Ni – reszta). Stwierdzono znaczny wzrost twardości, odporności na zużycie przez tarcie i wytrzymałości zmęczeniowej stopu niklu z wytworzoną dyfuzyjną warstwą azotku chromu.

EN

The nickel alloys of the Inconel type (containing above 15wt% of chromium), used in many industrial applications, including the manufacture of aircraft, chemistry, power generation, and material processing, have advantageous mechanical properties, high plasticity and good corrosion resistance, but their frictional wear resistance is poor. This drawback can be obviated by subjecting the alloys to surface treatments. The paper describes the structure and properties of nitrided layers produced on the Inconel 625 nickel alloy (20wt.%Cr, 10wt.%Mo, 5wt%Fe, 1wt%Co, balance-Ni). It was found that the diffusive chromium nitride layers produced on the alloy surface improve the hardness, frictional wear resistance, and fatigue strength of the alloy.

7

Powłoki (Cr,Si)N/TiN na wieloostrzowych płytkach tokarskich z węglików spiekanych

Dąbrowski M., Morgiel J., Grzonka J., Mania R., Zimowski S.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 9

71-73

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań warstw (Cr,Si)N/TiN, naniesionych na 4-ostrzowych płytkach tokarskich wykonanych z węglików spiekanych. Warstwę podłożową z TiN nanoszono za pomocą techniki łukowej. Do nanoszenia warstwy wierzchniej z (Cr,Si)N wykorzystano magnetron WMK-50. Reaktywne rozpylanie w mieszaninie argonu i azotu prowadzono z targetów wykonanych ze spieków chromowo-krzemowych o zawartości 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 i 5,0% at. Si. Obserwacje mikrostruktury powłok z wykorzystaniem transmisyjnej mikroskopii elektronowej pozwoliły stwierdzić, że warstwa (Cr,Si)N ma silnie zdefektowaną budowę kolumnową o krystalitach o wielkości od 50 do 100 nm. Metodą ball-on-disc wykonano testy odporności na zużycie ścierne powłok naniesionych na płytki tokarskie. W rzeczywistych warunkach eksploatacji wykonano na dużej próbie testy pracą podczas toczenia wzdłużnego oraz poprzecznego. Toczenie prowadzono bez chłodzenia. Przy toczeniu wzdłużnym stosowano prędkości 70 i 119 m/min. Przy prędkości 70 m/min trwałość płytek z powłoką przewyższała prawie pięciokrotnie trwałość płytek fabrycznych, zaś przy prędkości skrawania 119 m/min - aż dziesięciokrotnie. Obrabiano wałki ze stali 13HMNF. Przy toczeniu poprzecznym, dokładnej obróbce poddano krążki ze stali OH18N9. Stosowano trzy prędkości skrawania: VCśr1 = 42 m/min, VCśr2 = 52 m/min oraz VCśr3 = 68 m/min. Przy pręaKości VCśr = 52 m/mln, płytki z powłoką posiadały siedmiokrotnie większą trwałość w porównaniu z płytkami bez powłoki. Dobre wyniki testu pracą badanych powłok wskazują na możliwość ich wykorzystania na narzędziach skrawających z węglików spiekanych w obróbce bez chłodzenia.

EN

The paper presents results of investigation conducted for (Cr,Si)N/TiN coatings deposited at sintered carbides 4-edge inserts for milling. The base layer of TiN had been deposed using arc technique. To obtain the top layer the magnetron WMK-50 had been used. Reactive sputtering in argon-nitrogen mixture had been conducted from chromiumsilicon sinter targets with following content of silicon: 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 and 5.0% at. Si. Based on observations of the coatings microstructure performed with HREM, it had been found that (Cr,Si)N layer has significantly detected column structure with crystallites of about 50 to 100 nm. The coated inserts for turning were tested for abrasion wear resistance by the "ball-on-disc" method. The work tests during sliding and surfacing for large size statistical sample were mad e in the industrial conditions. The testing turning without cooling was used. The slided stock was 13HMNF steel shafts and the cutting speed for sliding were 70 m/min and 119 m/min. At that speeds the tooll life of coating inserts was correspondingly - nearly five times and ten times higher than the tooll life of uncoated inserts. At surfacing the 0H18N9 discs were finishing turned. Three values of mean cutting speed were used : Vcm1 = 42 m/min; Vcm2 = 52 m/min and Vcm3 = 68 m/min. At 52 m/min mea n cutting speed the coated inserts tool life was seven times higher than the tool life of analogical uncoated inserts. Good results of working tests of researched coatings shows, that the application of them for sintered carbides inserts at cutting without cooling is possible.

8

Powłoki (Cr,Si)N/Tin na płytkach frezarskich z węglików spiekanych

Dąbrowski M., Morgiel J., Grzonka J., Mania R., Zimowski S.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 1

66-68

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań warstw (Cr,Si)N/TiN naniesionych na płytkach frezarskich 3- i 4-ostrzowych wykonanych z węglików spiekanych. Warstwę podłożową z TiN nanoszono przy użyciu techniki łukowej. Do nanoszenia warstwy wierzchniej z (Cr,Si)N wykorzystano magnetron. Reaktywne rozpylanie w mieszaninie argonu i azotu prowadzono z targetów wykonanych ze spieków chromowo-krzemowych o zawartości 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 i 5,0% at. Si. Nanoszenie przeprowadzano w temperaturach 300, 400, 500 i 600°C. Obserwacje mikrostruktury powłok z wykorzystaniem transmisyjnej mikroskopii elektronowej pozwoliły stwierdzić, że warstwa (Cr,Si)N ma silnie zdefektowaną budowę kolumnową o krystalitach o wielkości od 50...100 nm. Nie stwierdzono obecności fazy Si₃N₄ w badanych warstwach. Twardość powłok przy obciążeniu 50 mN przekraczała 20 GPa. Test pracą (skrawano stal trudnoobrabialną 13 HMNF, 330 HB) wykazał prawie dwukrotne wydłużenie czasu eksploatacji płytek z powłokami (Cr,Si)N uzyskanymi z targetów TO.5 oraz T5 w stosunku do tych z powłokami CrN (trzykrotne w odniesieniu do płytek - "fabrycznych"). Bardzo wysoki wzrost odporności na zużycie uzyskano przy toczeniu stali bez chłodzenia. Najwyższy, bo prawie dziesięciokrotny wzrost odporności na zużycie w stosunku do płytek bez naniesionych warstw, wykazały te, które miały powłoki wytworzone z targetu o 5% zawartości Si.

EN

The paper presents results of investigation conducted for (Cr,Si)N/TiN coatings deposited at sintered carbides 3-edge and 4-edge inserts for milling. The base layer of TiN had been deposed using are technique. To obtain the top layer the magnetron had been used. Reactive sputtering in argon-nitrogen mixture had been conducted from chromium-silicon sinter targets with following content of silicon: 0.5,1.0, 2.0, 3.0, 4.0, and 5.0 at.% Si. Deposition had been conducted under different temperatures: 300, 400, 500 and 600°C. Based on observations of the coatings microstructure performed with HREM, it had been found that (Cr,Si)N layer has significantly defected column structure with crystallites of about 50...100 nm. Si₃N₄ phase had not been found in any of investigated layers. Hardness of coatings at 50 mN load exceeded 20 GPa. Working test (machine cutting of cutting-resistant steel 13 HMNF, 330 HB) showed almost double increase of exploitation time for inserts with (Cr,Si)N coatings obtained with TO.5 and T5 targets in comparison to inserts with CrN coatings (triple increase in comparison to "typical" inserts). Significant wear-resistant improvement had been obtained for steel turning without cooling. The highest, even ten times prolonged wear-resistant in comparison to un-coated inserts had been obtained for inserts with coatings produced from targets with 5at.% of Si.

9

Mechanizm zużycia powłok wielowarstwowych typu metal/ceramika (Cr/CrN)

Zimowski S., Rakowski W., Kot M., Major Ł.

Tribologia

|

2008

|

nr 4

223-233

PL

Podczas tarcia powłok wielowarstwowych, zwłaszcza takich, które są złożone z warstewek o bardzo małej grubości, np. kilkudziesięciu nanometrów, zachodzi ciągła lub cykliczna zmiana warunków współpracy powierzchni w strefie styku. W wyniku niszczenia kolejnych warstw w strefie tarcia są obecne produkty zużycia o najczęściej skrajnie różnych właściwościach tribologicznych. W artykule przedstawiono wyniki badań tarcia i zużycia oraz twardości powłok jednowarstwowych – Cr i CrN oraz wielowarstwowych o 2, 4, 8 i 32 naprzemiennie ułożonych warstwach Cr/CrN. Przeciwpróbkami były kulka stalowa (100Cr6) oraz ceramiczna (Al2O3). Wszystkie powłoki miały grubość 1 žm i zostały nałożone na stal. Określono wpływ rodzaju skojarzonych materiałów na charakterystyki tarciowe. Przedstawiono analizę mechanizmu zużywania się powłok w powiązaniu z odpornością poszczególnych materiałów na zużycie oraz wpływ mechanizmu zużycia na charakterystyki tarciowe. Lepsze poznanie zjawisk towarzyszących tarciu powłok ceramika/metal pozwala na bardziej precyzyjne projektowanie tego typu materiałów na elementy węzłów tarcia.

EN

During the friction of multilayer coatings, especially for very thin sublayers within the nanometer range, continuous or cyclic changes of friction conditions were observed. Wear debris of ceramic and ceramic/metallic coatings contain hard particles with sharp edges. These particles could remain in a friction zone and intensify the abrasion process by the micro-cutting of the softer material of the counterpart, for example steel. In the article, the results of tribological tests were presented. Single layers of Cr, CrN and multilayers of Cr/CrN with 2, 4, 8, 32 sublayers have been taken under examinations. The coatings with 1 žm thickness were deposited by PLD technology on a ferrite steel substrate. All investigations were carried out with the use of ball-on–disc tribometer and two ball materials – 100Cr6 steel and Al2O3. The influence of the friction pair materials on the friction process was determined. Wear mechanisms were analysed for all tested materials. Better understanding of wear phenomenon for ceramic/metal multilayers could be helpful for the proper design of such materials for friction nodes.

10

Mikrostruktura, mikrotwardość i odporność na zużycie powłok typu "duplex" (Cr,Si)N/TiN na płytkach skrawających z WC

Morgiel J., Grzonka J., Mania R., Zimowski S., Dąbrowski M.

Problemy Eksploatacji

|

2008

|

nr 4

123-136

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i właściwości mechanicznych powłok typu "duplex" w układzie z wierzchnią (Cr,Si)N (~1 žm) i buforową warstwą TiN (~4 žm), osadzanych na płytkach z węglików spiekanych. Powłoka (Cr,Si)N była nanoszona przy użyciu magnetronu planarnego WMK-50 z wykorzystaniem targetów ze spieków CrSi (do 5% at. Si), a TiN metodą łukową na stanowisku PUSK-83. Obserwacje mikrostruktury wykazały, że powłoki (Cr,Si)N mają bardziej drobnokrystaliczną, kolumnową budowę od nanoszonych w takich samych warunkach powłok CrN. Badania właściwości mechanicznych pozwoliły stwierdzić, że mikrotwardość powłok (Cr,Si)N/TiN przy obciążeniu 20 i 10 mN mieści się w zakresie 24-29 GPa. Badania zużycia powłok w teście "ball on disc", tj. poprzez pomiar wytarcia powierzchni w niesmarowanym styku kula-płaszczyzna wykazały ich odporność zbliżoną do powłok CrN czy TiN. Natomiast badania eksploatacyjne powłok (Cr,Si)N/TiN na płytkach skrawających z WC prowadzone z chłodzeniem emulsją wykazały, że umożliwiają one prawie dwukrotny wzrost trwałości narzędzia w warunkach frezowania oraz czterokrotny w warunkach toczenia. Narzędzia z powłoką typu "duplex" (Cr,Si)N/TiN umożliwiają nawet toczenie materiału bez chłodzenia.

EN

The microstructure and mechanical properties of duplex type (Cr,Si)N/TiN coatings on WC cutting plates were investigated. The hard (Cr,Si)N layer of ~1 žm thickness was deposited using WMK-50 planar magnetron equipped with CrSi (Si < 5 at.%) targets. The buffer TiN layer of 4 žm thickness was deposited using PUSK-83 Arc system. The transmission electron microscopy observations indicated, that all (Cr,Si)N coatings are characterised by columnar microstructure built of much finer crystallites than the CrN one. The microhardness of (Cr,Si)N/TiN estimated using 20-10 mN load showed some scatter within to 24-29 GPa range. The coatings wear resistance analysed with ball-on-disc test showed, that they are comparable with TiN and CrN ones. However, the test by work showed that the (Cr,Si)N/TiN duplex coated WC cutting plates cooled with emulsion show two times and four times longer lifetime in milling and turning processes, respectively, as compared with non-coated plates. The (Cr,Si)N/TiN duplex coated plates also allow dry cutting with reasonable tool lifetime.

11

Microstructure and its defect analysis of titanium nitride and chromium nitride multilayer tribological systems

Major Ł., Lackner J. M., Morgiel J., Kot M., Major B.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 6

552-555

EN

Multilayer tribological coatings on Ti/TiN; Cr/CrN and TiN/CrN basis were deposited by the Pulsed Laser Deposition (PLD) technique at room temperature using an industrially designed 4-beam multi-spot PLD evaporator. Coatings were built of 2, 8, 32 and 64 layers with the total thickness of 1 ěm. Microstructure was studied using conventional and high resolution transmission electron microscopy (TEM, HRTEM). TEM examinations revealed that layers were built of columnar crystallites and the misfit dislocations (HREM) appeared at the interface. Mechanical properties were analyzed using microhardness and scratch-test as well as a wear test was applied. The wear test was performed on Ti/TiN system using ball-on-disc one with Al2O3 ball under: 0.25 N/10000 cycles, 1 N/1000 cycles and 1 N/2000 cycles. Thin foils for transmission electron microscopy (TEM) observations were cut across the wear-track showing the damaged area in cross-section. They were prepared with the Quanta 3D FIB (Focus Ion Beam) equipped with the Omniprobe system. Microstructure investigations including high resolution (HRTEM) observations and local chemical measurements were conducted with the TECNAI G2 Super TWIN FEG (200 kV) equipped with integrated EDAX Electron Dispersive Spectroscopy (EDS) system. The investigations indicated that the as deposited material presents heavily defected columnar microstructure with occasional fine cracks at the columnar grains boundaries. During early stages of the wear process the cracks at the columnar crystallite boundaries multiplied, as well as formed a new ones cutting through the columns. The wear track formation starts with the removal of small pieces of individual grains leaving “broken tooth” like line. The deeper holes in the wear track were found to be filled with partly amorphous and partly nanocrystalline material. The local chemical analysis indicated it as titanium oxide debris. The size the nancrystallites ranged from 5 nm to 10 nm. The higher load (1 N) resulted in activation of side slips along the existing cracks causing steps at the surface and corresponding dent in the substrate. Under the same loading in the central part of wear track the TiN coating was fractured to a few micron size pieces which were half way pushed into the steel substrate. The HRTEM observations of coating confirmed that the cracks formed during deposition were located at column crystallites boundaries, while wear caused formation of intercrystalline cracks along {111} planes as well.

PL

Wielowarstwowe powłoki tribologiczne na bazie systemów Ti/TiN; Cr/CrN i TiN/CrN wytworzone zostały metodą osadzania laserem impulsowym (PLD). Zastosowany został układ przemysłowy z 4-ro wiązkowym odparowaniem ablacyjnym. Powłoki zbudowane były z 2, 8, 32 i 64 warstwowych układów przy całkowitej grubości powłoki 1 mikrometra. Mikrostrukturę analizowano z zastosowaniem konwencjonalnej (TEM) i wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej (HRTEM). Badania TEM wykazały mikrokolumnową budowę warstw, a stosując HRTEM w obszarze granic warstw stwierdzono dyslokacje dopasowania. Właściwości mechaniczne analizowano w oparciu o pomiary mikrotwardości i testu zarysowania. Wykonano badania zużycia ciernego. Test zużycia typu kulka-na-tarczy przeprowadzono dla systemu Ti/TiN stosując kulkę Al2O3 przy 0,25 N/10 000 cykli; 1 N/1 000 cykli i 1 N/2000 cykli. Cienkie folie do badań mikrostruktury z wykorzystaniem TEM wycięte zostały w poprzek śladu zużycia w celu analizy obszaru zniszczonego na przekroju poprzecznym. Do preparatyki cienkich folii wykorzystano zestaw Quanta 3D FIB wyposażony w system „Omniprobe”. Badania mikrostruktury, obejmujące również wysokorozdzielczą mikroskopię elektronową (HRTEM) i lokalne pomiary składu chemicznego przeprowadzono na aparaturze TECNAI G2 Super TWIN FEG (200k V) zintegrowanej z systemem EDAX elektronowej spektrometrii dyspersyjnej (EDS). Analiza wykazała, że materiał wyjściowy posiadał zdefektowaną mikrostrukturę mikrokolumnową z pojawiającymi się drobnymi pęknięciami na granicach kolumn. We wczesnych etapach zużycia, pęknięcia na granicach krystalitów zwielokrotniały się oraz pojawiały się nowe pęknięcia przecinające kolumny. Ślad zużycia rozpoczynał się od usunięcia małych elementów pojedynczych ziaren, pozostawiając „ząbkowaną” linię. Większe wgłębienia w śladzie zużycia zostawały wypełniane częściowo amorficznymi i częściowo nanokrystalicznymi cząstkami materiału. Lokalna analiza chemiczna ujawniła nano-cząstki tlenku tytanu. Wielkość nanokrystalitów była w zakresie 5 nm do 10 nm. Wzrost obciążenia (1 N) prowadził do aktywacji bocznych poślizgów zlokalizowanych wzdłuż już istniejących pęknięć. Prowadziło to do tworzenia się uskoków na powierzchni i odpowiednich wgłębień w materiale podłoża. Przy tym samym obciążeniu, w centralnej części śladu zużycia w powłoce TiN pojawiały się mikropęknięcia, które wchodziły do podłoża stalowego. Badania HRTEM powłok potwierdziły, iż drobne pęknięcia powstają już podczas procesu osadzania, lokalizują się na granicach krystalitów kolumnowych, zaś proces zużycia prowadzi do tworzenia się międzykrystalicznych pęknięć wzdłuż płaszczyzn typu {111}.

12

Cr-CrN and CrN-TiC multilayer coatings manufactured by means of vacuum arc method

Smolik J., Słomka Z., Paćko D., Hermanowicz P.

Problemy Eksploatacji

|

2006

|

nr 4

91-104

EN

The issue of this paper is the testing of properties of multilayer coatings composed on the basis of chromium nitride, multilayer Cr-CrN coating and multilayer CrN-TiC coating manufactured by means of the arc-vacuum method on 4H13 steel foundation. The multilayer structure of the obtained coatings has been determined by means of scanning microscopy and spectral analysis of the chemical composition change in the depth function (GDOES). Besides, their hardness and Young module has been measured (NanoHardnessTester) and the adhesion has been tested by means of scratch-test (REVETEST). In the scratch-tests the load values of the intender determining the moment of cracks initiation and cohesion failure were determined. They define the moment of adhesion failures initiation and determine the moment of complete coating's removal from the foundation surface in the scratch area. Thanks to the testing, it was possible to define the influence of the multilayer structure on the mechanical properties of manufactured multilayer compositions and the mechanism of their devastation in the scratch test.

PL

Przedmiotem artykułu są badania właściwości powłok wielowarstwowych skomponowanych na bazie azotku chromu, tj. powłoki wielowarstwowej Cr-CrN oraz powłoki wielowarstwowej CrN-TiC, wytworzonych metodą łukowo-próżniową na podłożu ze stali 4H13. Z wykorzystaniem mikroskopii skaningowej oraz spektralnej analizy zmian składu chemicznego w funkcji głębokości (GDOES) określono budowę wielowarstwową otrzymanych powłok, dokonano pomiarów ich twardości i modułu Younga (NanoHardnessTester) oraz zbadano adhezję metodą scratch-test (REVETEST). W testach zarysowania wyznaczono wartości obciążenia wgłębnika określające moment inicjowania pęknięć i zniszczeń kohezyjnych, określające moment inicjowania zniszczeń adhezyjnych oraz określające moment całkowitego usunięcia powłoki z powierzchni podłoża w obszarze zarysowania. Przeprowadzone badania pozwoliły określić wpływ budowy wielowarstwowej na właściwości mechaniczne wytworzonych kompozycji wielowarstwowych oraz mechanizm ich niszczenia w teście zarysowania.

13

Effect of nitrogen flow rate on properties of CrN films Prepared by HCD-gun

Novinrooz A. J., Seyedi H.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2006

|

Vol. 17, nr 1-2

189--192

EN

Purpose: The effect of reactant nitrogen gas flow rate on the tribological properties of CrN thin films was studied. Design/methodology/approach: Hollow Cathode Discharge gun (HCD-gun) was employed for the coating of CrN films on the glass and SS-316 sub strum. The reactant nitrogen with different flow was fed in to the vacuum chamber of 3x10-3 Pa pressure to form Cr N composite under experimental condition. Findings: The crystalline phase and micro structural studies of the specimens were carried out by XRD and SEM respectively. It was found that the preferred orientation for CrN films was (200) and that for Cr2N was (111). The micro hardness measurement fulfilled by Vickers test, and the hardness value obtained was 2100kgm-2. The glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES) was used for compositional analysis of the content elements. The wear resistance test was performed under specific condition. Research limitations/implications: We have completed our discussion by commenting the results on small deposition area, and therefore, we endeavor further attempt on large area coating. Practical implications: The Cr-N composite due to higher hardness, wear resistance and anticorrosion characteristics is widely used in cutting tools, aerospace and industrial fields. Originality/value: It may be remarked that the hardness and wear resistance values obtained in this work is very encouraging and therefore makes thin composite suitable in various technical applications.

14

Nano-crystalline nitride-based coatings produced by pulsed laser deposition

Major B., Major Ł., Morgiel J., Lackner J.M., Waldhauser W., Mróz W., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2004

|

R. XXV, nr 3

623-625

EN

Titanium nitride and chromium nitride thin layers were fabricated by pulsed laser deposition (PLD) using a Nd:YAG laser on ferritic and austenitic steel substrate in nitrogen environment. On-axis and off-axis geometry of deposition was applied. Residual stresses were measured in the TiN phase showing the compressive values in the range of-6 to -8 GPa for the on-axis growth while of about -2.8 GPa for the off-axis position. Texture examinations revealed the {110} <112> main texture component in the substrate while differences were stated in the TiN phase in respect to the geometry of deposition. In the case of on-axis growth, the mostly axial texture with the plane {110} parallel to surface with tendency to the {110|<011> was observed. In the case of the off-axis growth, the very pronounced {112} <223> dominant orientation was stated. TEM examinations performed on thin foils prepared from the cross-section of deposited Cr/CrN/Cr/CrCN multilayer revealed the nano-crystalline structure comprising CrN and CrCN phases together with an amorphous Cr-based phase. Tribological test showed improvement of wear properties of both deposited coatings.

PL

Cienkie powłoki azotku tytanu i azotku chromu zostały naniesione na podłoże ze stali ferrytycznej i austenitycznej przy zastosowaniu metody PLD z wykorzystaniem lasera Nd:YAG. Proces osadzania prowadzono w atmosferze azotu przy równoległym i prostopadłym ułożeniu podłoża do powierzchni tarczy w celu symulacji nakładania warstw na obiekty trójwymiarowe. Pomiar wartości naprężeń własnych ujawnił ściskający charakter naprężeń o wartości -6 do -8 GPa dla przypadku równoległego ułożenia zaś -2.8 GPa dla przypadku gdy materiał pokrywany ułożony był prostopadle do tarczy. Stwierdzono, iż głównym składnikiem tekstury podłoża jest {110}<112>, natomiast tekstura warstwy była uzależniona od ułożenia podłoża względem powierzchni odparowywanej tarczy podczas nakładania. Dla ustawienia równoległego tekstura miała charakter osiowy z płaszczyzną {110} równoległą do powierzchni i z tendencją do tworzenia tekstury typu {110}<011>. W przypadku gdy podłoże ustawione było prostopadle do tarczy dominował składnik {112}<223>. Badania TEM wielowarstwowej powłoki Cr/CrN/Cr/CrCN ujawniły strukturę nanokrystaliczną dla warstw CrN i CrCN, natomiast warstwy Cr posiadały charakter amorficzny. Test zużycia (pin on disc) wykazał, iż obie analizowane powłoki TiN, jak również CrN znacznie obniżają zużycie.

15

Struktura i właściwości warstw azotków i tlenoazotków chromu wytwarzanych w warunkach wyładowania jarzeniowego

Wierzchoń T., Ulbin-Pokorska I., Sikorski K.

Problemy Eksploatacji

|

2000

|

nr 2

461-472

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań struktury, odporności korozyjnej i odporności na zużycie przez tarcie warstw azotków, tlenoazotków i tlenków chromu wytwarzanych poprzez połączenie metody elektrochemicznego nanoszenia chromu z procesami azotowania, tlenoazotowania i utleniania w warunkach wyładowania jarzeniowego. Wytwarzane warstwy typu: CrN + Cr2N + Cr + (Cr, Fe), Cr2N + Cr + (Cr, Fe), CrN + Cr2N + + Cr + (Cr, Fe)7C3, Cr2N + Cr + (Cr,Fe)7C3, Cr(N,O) + Cr + (Cr, Fe)7C3 oraz Cr2O3 charakteryzują się wysoką odpornością korozyjną i dobrą odpornością na zużycie przez tarcie, którą można kształtować parametrami procesu.

EN

The paper presents the results of investigations of the structure, corrosion resistance and frictional wear resistance of chromium nitride, oxynitride and oxide layers produced on steels by electrochemical chromium deposition combined with glow discharge assisted nitriding, oxynitriding and oxydizing processes. The layers obtained were of the types: CrN + Cr2N + + Cr + (Cr, Fe), Cr2N + Cr + (Cr, Fe), CrN + Cr2N + Cr + (Cr, Fe)7C3, Cr2N + Cr + (Cr, Fe)7C3, Cr(N,O) + Cr + (Cr, Fe)7C3 and Cr2O3. The corrosion resistance and frictional wear resistance of the layers is high and can be modified by controlling the process parameters.

16

Structure and properties of Cr-CrN and Ti-TiN multilayer coatings obtained by Arc-PVD method.

Mendala B., Swadźba L., Hetmańczyk M.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 4

998-1001

EN

Investigation results of forming and properties of protective coatings obtained by the Arc-PVD method on the martensite steel of the EI1961 (13H12NWMFA) type have been presented in the article. The CrN chromium nitride and TiN titanium nitride coatings and Cr/CrN and Ti/TiN multilayer ones were formed. The microstructures of chosen coatings obtained on the scanning electron microscope have been presented. Pitting corrosion test by the potentiodynamic method in the 3.5% NaCl solution and pitting corrosion resistance test in 10% FeCl3, solution were made. Low corrosion resistance of the TiN and Ti/TiN titanium nitride coatings and better properties of multilayer Cr/CrN chromium nitride consisting of the chromium and chromium nitride zones were found.